Составить принципиальную электрическую схему цепи.

Установить параметры элементов схемы и приборов.

2.3 Экспериментально исследовать переходные процессы в цепи первого порядка.

2.4 Выполнить задание.

3. Ответить на вопросы.

4. Составить отчет о выполненной работе.

 

1. Основные теоретические положения.

 

Переходные процессы в цепях первого порядка с источником постоянного напряжения могут возникнуть как при подключении источника к цепи, так и при скачкообразном изменении ее схемы или параметров ее элементов. При этом мо­гут иметь место как нулевые, так и ненулевые начальные условия.

Методику анализа переходных процессов, возникающих в неразветвленной цепи пер­вого порядка при подключении к ней источ­ника постоянного напряжения при нулевых начальных условиях, рассмотрим на примере цепи rL (рис. 1).

 

Рис.1

На основании второго закона Кирхгофа для этой цепи после коммутации можно запи­сать или

Общее решение этого неоднородного уравнения ищут в виде .

Учитывая; что принужденная составляющая тока в рассматри­ваемой цепи , асвободная составляющая определяется выражением , получим

где —постоянная времени цепи.

Постоянную интегрирования A, найдем из начальных условий i (0) =0. Подставив это в формулу, при t =0 получим 0=A₁+E / r, откуда A₁=— Е/r. При этом окончательное решение уравнения будет иметь вид

 

Напряжение на сопротивлении г изменяется по аналогичному закону

 

а напряжение на индуктивности L — по закону

 

 

Кривые изменения i, , , и показаны на рис. 2. Из этого рисунка видно, что ток i и напряжение в рассматривае­мой цепи возрастают по экспоненциальному закону от нулевых значений при t =0 до =E/r и =Е при t= . Напряжение , обусловленное э. д. с. самоиндукции, в момент коммутации скач­ком возрастает от нулевого значения до величины, равной Е, а за­тем уменьшается по экспоненциальному закону до нуля при t = .

 

 

Рис.2

 

Скорость изменения рассматривае­мых токов и напряжений, а следовательно, и длительность переходных процессов зависят от постоянной вре­мени цепи , которую в рассматриваемой цепи можно определить как пpoмежуток времени, по истечении кото­рого напряжение на индуктивности уменьшается в е = 2,72 раз от своего максимального значения. Теоретически постоянную времени цепи можно рассчитать по формуле .

 

2. Порядок выполнения работы.

 

Для формирования схемы исследований необходимы: источник постоянного напряжения, ключ, осциллограф, сопротивления, индуктивность, а также соединительные элементы.

Порядок составления принципиальной электрической схемы цепи

Запустите программу Electronics Workbench.

Заданная для работы схема указана на рисунке 3.

Рис.3

Перенесите необходимые элементы из заданной схемы на рабочую область Electronics Workbench. Для этого необходимо выбрать разделы на панели инструментов (Sources, Basic, Instruments), в которых находится нужный вам элемент, затем перенести его на рабочую область (щёлкнуть мышью на нужном элементе и, не отпуская кнопки, перенести в нужное место схемы).

Соедините контакты элементов и расположите элементы в рабочей области для получения необходимой вам схемы. Для соединения двух контактов необходимо щелкнуть по одному из контактов левой кнопкой мыши и, не отпуская кнопку, довести курсор до второго контакта. Установить время включения ключа (Time on) равным 0,5 мкс.

Установка параметров элементов схемы и приборов

Установка параметров элементов схемы

№ рабочего места

R1, Ohm

R2, Ohm

L1, mH

V1, V

Установка параметров осциллографа

Установки времени - Time base
Коэффициент отклонения по горизонтали	подбор
X position (смещение по Х)	0;
Режим развертки	Y/T.
Trigger
Запуск развертки	Auto
Edge (выбор фронта запускающего сигнала)	произвольно
Level (уровень)
Channel A
Коэффициент отклонения по вертикали	подбор
Y position (смещение по Y)	0,00
Режим входа	DC(открытый вход)

Экспериментальное определение переходных процессов в цепи.

Когда схема создана и готова к работе, для начала имитации процесса работы необходимо включить на несколько секунд кнопку питания на панели инструментов. Данное действие приведет в рабочее состояние схему. Затем кнопку выключить.

Получите осциллограмму напряжения на индуктивности L. Для этого нужно вывести окно осциллографа двойным нажатием на компоненте Oscilloscope.

Вид расширенной панели осциллографа показан на рис.5

Рис. 5

При использовании осциллографа в Electronics Workbench есть возможность просмотра сигнала на протяжении всего времени имитации. Для этого можно воспользоваться кнопкой Expand и воспользоваться полосами прокрутки изображения. Чтобы перевести панель в нормальный режим, используется кнопка Reduce.

Задание

По полученной осциллограмме переходного процесса (зарисуйте в отчет) определите постоянную времени цепи. Для этого воспользуйтесь вертикальной визирной линейкой красного цвета, которая может перемещаться по экрану осциллографа путем передвижения мышкой красного треугольника. При этом на дисплеях под экраном индицируются результаты измерения напряжения и временных интервалов.